Autophagie - Zellreinigung in uns, ein geniales System

IMMUNSYSTEM

Autophagie ist ein fundamentaler zellulärer Prozess, bei dem beschädigte Zellen oder nicht mehr benötigte Zellbestandteile, gereinigt, abgebaut und recycelt wird. Es handelt sich um einen Prozess der Selbstregeneration, der essenziell für das Überleben unter Stressbedingungen, Wachstum, den Schutz vor Krankheiten und die Funktion der Zelle ist.

in Kürze - worum geht's

Inhalt:

Wissenschaft - Autophagie ein geniales System in uns

Dialog - "Ein Garagengespräch unter Freunden"

Zellreinigung und Recycling

Autophagie ist ein fundamentaler zellulärer Prozess, bei dem beschädigte Zellen oder nicht mehr benötigte Zellbestandteile (wie Proteine, Organellen, Viren oder Bakterien) abgebaut und recycelt werden.. Dieser Prozess ist entscheidend für die Zellhomöostase. Die Zellhomöostase (oder zelluläre Homöostase) bezeichnet die Fähigkeit von Zellen, ein stabiles, konstantes inneres „Klima“ (Milieu) zu erhalten, trotz unterschiedlicher äußerer Bedingungen. Es handelt sich um einen Prozess der Selbstregeneration oder -erhaltung, der essenziell für das Überleben unter Stressbedingungen, Wachstum, den Schutz vor Krankheiten, sowie die Funktion der Zelle ist.

Für die Erforschung der Autophagie (insbesondere der Gene/Proteine, die den Prozess steuern, sogenannte Atg-Gene) hat Yoshinori Ohsumi den Nobelpreis für Medizin 2016 erhalten. Zum Thema Autophagie gibt es mittlerweile eine Fülle aktueller und spannender wissenschaftlicher Erkenntnisse, dessen detailliertes Verständnis neue Wege für die Behandlung einer Vielzahl von Krankheiten eröffnet und unser Verständnis von Alterung und Zellgesundheit revolutioniert. Die Forschung konzentriert sich auf die Entschlüsselung der komplexen Regulationsmechanismen und die Entwicklung gezielter therapeutischer Strategien.

Autophagie ist keine menschliche Eigen- oder Besonderheit, sondern ein universelles Lebensprinzip, das die Zellen reinigt und das Überleben sichert, Sie findet bei fast allen Lebewesen (Eukaryoten) mit einem Zellkern statt, einschließlich Pflanzen, Tieren, Pilzen und Hefen.

Wie geht dieser Prozess vor sich

Zellen bauen beschädigte, überflüssige oder defekte Zellbestandteile (Proteine, Organellen) ab, um Energie zu gewinnen oder neue, gesunde Zellkomponenten aufzubauen. Der Prozess der Autophagie, oft als zelluläre Müllabfuhr oder „Recyclingprogramm“ bezeichnet, verläuft in mehreren strukturierten Schritten, die beschädigte oder überflüssige Zellbestandteile einschließen, abbauen und recyceln. Die Hauptphase ist die Makroautophagie, wird in fünf wesentliche Schritte unterteilt:

Start (Initiation/Induktion): Wenn die Zelle gestresst ist (z. B. durch äußere Umstände, Belastung, Stress oder durch Nahrungsmangel/Fasten), wird das Autophagie-Programm gestartet.

Bildung des Müllbeutels (Nukleation / Phagophor-Bildung): Eine sichelförmige Doppelmembran (Phagophor) entsteht in der Zelle und dient dabei, sinnbildlich als „Müllbeutel“.

Einschluss (Expansion/Elongation): Die Membran umschließt den zellulären Müll (alte Proteine oder beschädigte Organellen) vollständig. Der Müllbeutel schließt sich vollständig zu einer geschlossenen Blase, dem sogenannten Autophagosom.

Transport & Verschmelzung (Fusion): Das Autophagosom transportiert den Müll zu einem Lysosom (dem Verdauungsorganell der Zelle). Die beiden verschmelzen miteinander (Fusion), wobei ein „Zerlegungsprozess“ (Autolysosom) entsteht.

Abbau & Recycling (Degradation): Im Inneren des Autolysosoms wird der Müll durch Enzyme und Säure in seine Einzelteile zerlegt (Aminosäuren, Fette). Diese Grundbausteine werden in die Zelle (dem Zellplasma) zurückgeführt und von der Zelle zur Energiegewinnung oder für den Bau neuer, funktionsfähiger Zellbestandteile recycelt.

Wann passiert das?

Die Autophagie wird durch intensiven Sport oder Betätigung, sowie bei Nährstoffmangel, wie beim Fasten (meist nach 14–16 Stunden) aktiviert. Autophagie läuft in jeder Zelle auf niedrigem Niveau ab (basal), wird aber bei Stress besonders stark aktiviert.

Autophagie gibt es auch bei Pflanzen:

Auch Pflanzen betreiben Autophagie. Sie ist besonders wichtig für das Überleben unter äußeren Bedingundn, zum Beispiel bei Trockenheit, extremer Kälte oder Hitze. Sie hilft Pflanzen auch, Viren abzuwehren. Fast jedes höhere Lebewesen jenseits von Bakterien betreibt Autophagie.

Autophagie, ein geniales System in uns

2 min

Wissenschaft in Kurzform

Wichtige aktuelle Erkenntnisse

Grundlegende Mechanismen:

Verschiedene Arten: Es gibt verschiedene Formen der Autophagie (Makroautophagie, Mikroautophagie, Chaperon-vermittelte Autophagie), die jeweils spezifische Mechanismen und Funktionen haben.

Die Rolle von mTOR: D er mTOR-Signalwegist ein Regulator der Autophagie. Wenn Nährstoffe reichlich vorhanden sind, blockiert mTOR die Autophagie. Bei Nährstoffmangel oder Stress wird mTOR deaktiviert, was die Autophagie aktiviert.

Regulatoren: Es werden ständig neue Regulatoren und Modulatoren der Autophagie entdeckt, die ein noch feineres Verständnis der zellulären Kontrolle ermöglichen.

Zellgesundheit und Alterung:

Qualitätskontrolle der Zelle: Autophagie ist entscheidend für die Beseitigung von zellulärem Müll, was die Zellfunktion aufrechterhält und eine übermäßige Ansammlung verhindert

Anti-Aging-Effekt: Eine gut funktionierende Autophagie wird mit Langlebigkeit und einer Verzögerung altersbedingter Krankheiten in Verbindung gebracht. Viele Anti-Aging-Strategien wirken teilweise über die Aktivierung der Autophagie.

Stammzellfunktion: Autophagie spielt eine wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung der Funktion und des Überlebens von Stammzellen.

Autophagie und Krankheiten:

Nervenzellen/Gehirn: Eine gestörte Autophagie ist ein Kennzeichen vieler neurodegenerativer Erkrankungen wie Alzheimer, Parkinson und Huntington. Die Anhäufung toxischer Proteine ist oft auf eine schlechte oder zu geringe Autophagie zurückzuführen. Die Forschung konzentriert sich darauf, die Autophagie therapeutisch zu etablieren, um diese schädlichen Aggregate zu beseitigen.

Krebs: Die Rolle der Autophagie bei Krebs ist komplexer. In frühen Stadien kann Autophagie als „Dämpfer“ wirken, indem sie beschädigte Zellen entfernt. In fortgeschrittenen Tumoren kann sie jedoch das Überleben von Krebszellen unter Stress fördern. Dies macht die Entwicklung von Autophagie-modulierenden Krebstherapien zu einer Herausforderung.

Infektionen: Autophagie ist ein wichtiger Bestandteil der angeborenen Immunität. Sie hilft, intrazelluläre Krankheitserreger (Bakterien, Viren) zu eliminieren und die Immunantwort zu stärken.

Stoffwechsel: Autophagie ist an der Regulation des Stoffwechsels beteiligt und spielt eine Rolle bei Erkrankungen wie Typ-2-Diabetes und Fettleber.

Herz-Kreislauf: Eine schlecht funtionierende (dysregulierte) Autophagie wird mit verschiedenen Herz-Kreislauf-Erkrankungen, einschließlich Herzinsuffizienz und Atherosklerose, in Verbindung gebracht.

Eine Begebenheit im Alltag

Ein Garagengespräch über Autophagie

6 min

Szene: Horst (ca. 68) und Günther (ca. 65) stehen in der Garage von Horst, welcher versucht, einen alten Rasenmäher zu reparieren, während Günther auf einen Sprung vorbeikommt und ihm dabei zusieht.

Horst: (Flucht, weil sein Schraubenschlüssel ständig abrutscht) Verflixt! Dieser alte Kasten macht mich noch wahnsinnig. Manchmal hab ich das Gefühl, der ist auch schon so kompliziert und widerspenstig wie ich selbst und nur noch funktioniert, wann er will.

Günther: (Schmunzelt) Das kenne ich, Horst. Geht mir auch manchmal so. Wer wünscht sich das nicht, dass sich die Dinge weniger mühselig anfühlen. Wir glauben alle, dass das im Alter normal ist, ob beim reparieren, bewegen oder sonst wo.

Horst: (murmelt etwas in sich hinein) .... ah jetzt hab ich’s endlich. Was meinst du?

Günther: (Schmunzelt) Ich hab gesagt, dass wir alle im Alter glauben, dass alles mühseliger wird. Aber weißt du, ich hab da neulich was gelesen, was interessant war und das Ganze etwas anders zu sehen. Es geht darum, wie uns selbst in Schuss halten, besser gesagt unsere Zellen. Es nennt sich "Autophagie".

Horst: Auto-was? Klingt nach einem neumodischen Werkzeug, das ich nicht hab.

Günther: (Lacht) Stimmt nicht ganz. Ist eher ein Werkzeug, das du zwar hast, aber nicht weißt, dass du's hat und wie du damit umgehen sollst oder nicht weißt warum.

Horst: Das kann schon sein. Da liegt so einiges an unnötigem Werkzeug rum, das ich mir mal angeschafft hab, aber noch keine Zeit hatte, mich darum zu kümmern. Liegt halt irgendwo in einer Ecke, siehst ja, wie’s in der Garage aussieht, was soll ich sagen, mir fehlt einfach Zeit und Nerv, hier mal aufzuräumen.

Günther: Aber genau darum geht’s. Nimmst mir ja fast das Wort aus dem Mund.

Horst: (Blickt zu Horst) Was redest du? Wird das ein Rätsel?

Günther: Nein! Stell dir mal unsere alten Zellen vor, Horst, die sind so ähnlich wie diese Garage hier.

Horst: (Blickt sich um) Versteh dich nicht. Wenn meine Zellen, so sind wie eine Garage, dann sind sie aber ziemlich vollgestopft!

Günther: Genau das mein ich. Aber jetzt stell dir vor, es gäbe so etwas wie ein freiwilliges Putzteam, das Ordnung schafft und alles sauber hält.

Horst: Jetzt fantasierst du, oder? Klar wär das super, aber wo gibt’s denn sowas? ... ein Putzteam, noch dazu freiwillig

Günther: Das ist der Punkt! In so einer Garage gibt's ja alles mögliche: Werkzeuge, Maschinen, Ersatzteile und natürlich auch alten Kram. Da da liegen rostige Schrauben, und da hinten stapeln sich leere Farbeimer. Und wie du siehst, gibt’s da fast kein Durchkommen mehr, oder? Werkzeuge könnten unter dem Müll verschwinden. Du sagst doch selbst du weißt nicht mehr, wo irgendwas rumliegt und könntest bald nicht mehr richtig arbeiten. Um jetzt wieder auf unsere alten Zellen zurückzukommen, wollte ich dir sagen, dass unser Körper hat dafür eine eingebaute "Putz- und Renovier-Brigade" hat. Die ist nicht immer aktiv, aber wenn sie gebraucht wird, legt sie los.

Horst: Und was macht die?

Günther: Die geht durch die Garage, also ich meine natürlich die Zellen (lacht kurz) und sucht gezielt nach allem, was alt, kaputt, klapprig oder überflüssig ist. Die kaputten Werkzeuge, die rostigen Schrauben, die alten Farbeimer und so weiter, die erkennt sie.

Horst: So wie den alten zerlegten Rasenmäher hier, also die Teile, die nur noch Ärger machen.

Günther: Genau. Aber jetzt kommt der Clou: Dieses Putzteam packt den ganzen alten Kram in "Müllsäcke" oder "Behälter". Dann wird der alte Kram mal vom Rest oder noch brauchbaren getrennt, damit er nicht einfach nur herumliegt oder verdreckt.

Horst: Aha, also wie wenn ich den kaputten Rasenmäher in eine Plane wickle und sein Öl nicht noch weiter den Boden verdreckt.

Günther: Du hast es erfasst, das mein ich! Dann werden die "Müllsäcke" zu einer "Schredderanlage" oder so ähnlich transportiert. Dort wird alles in seine Einzelteile zerlegt.

Horst: Und dann? Weg damit?

Günther: Nein, wart’s ab! Das ist ja gerade das Geniale! Unsere Zellen sind ja nicht dumm. Diese Teile werden wieder in Rohstoffe umgewandelt. Aus dem Material kann die Zelle dann wieder neue, frische Werkzeuge bauen. Es recycelt sich quasi von selbst! Dieser Prozess nennt sich Autophagie. Und als ich darüber gelesen habe, ist mir klar geworden, dass unser Körper nicht nur ständig neue Dinge aufnimmt, sondern auch ein Meister im Aufräumen und der Wiederverwertung ist.

Horst: Wo hast du denn das wieder her? Klingt ja wie ein Märchen.

Günther: Ist es aber nicht. Ich war vorige Woche mit Herta bei einem Vortrag. Da haben sie das erzählt. Und naja, weil ich, wie du weißt, bei solchen Vorträgen oder Dingen eher etwas skeptisch bin, hab ich mir nachher das Buch "der Jungzelleneffekt" von Slaven Stekovic einem Grazer Wissenschaftler, über die Autophagie besorgt. Und ich muss dir sagen, ich war oder bin richtig beeindruckt. Habs ja selbst nicht gewusst, aber es ist Wissenschaft .... alles erwiesen.

Horst: Das ist ja unglaublich! Also, wenn ich mich manchmal so unmotiviert und so alt fühle, ist das vielleicht, weil meine "Putz-Brigade" nicht richtig arbeitet?

Günther: Könnte sein! Das Faszinierende daran ist, dass man diese Brigade sogar antreiben kann. Ich hab gelesen, dass beispielsweise Fasten – also wenn die Zellen mal eine Weile kein Essen bekommen – diese Autophagie richtig in Gang setzt. Dann sucht der Körper gezielt nach dem altem Kram, um daraus neue Energie zu gewinnen.

Horst: Fasten? Du meinst, nichts essen? Ich dachte immer, man muss viel essen, damit der Motor läuft. (lacht kurz auf)

Günther: Ja, klar, muss man essen. Aber manchmal braucht der Motor auch eine Pause, eben um wieder aufzuräumen oder zu reinigen. Vor allem die Naschereien oder Chips und dieser Kram, der ist besonders übel. Ich hab das jetzt ein paar Mal probiert, so ein paar Stunden länger nichts essen, sogar mal einen Tag nur ganz leicht. Es reicht schon eine kurze Zeit. Und ich muss sagen, ich hab mich danach irgendwie ... aufgeräumter gefühlt. Weniger träge und klarer im Kopf.

Horst: (Lässt den Schraubenschlüssel sinken und blickt nachdenklich auf den Rasenmäher) Eine Putztruppe, die recycelt ... und die man mit einer Essenspause antreiben kann. Das klingt schon spooky aber interessant. Meine Garage könnte sicher mal eine Reinigung vertragen ..... und ich? Naja, vielleicht sollte ich das auch mal ausprobieren und wer weiß, vielleicht hab ich dann mal wirklich die Energie, hier mal aufzuräumen. Wär ja echt hilfreich, bevor ich mir dann einen neuen Rasenmäher kaufe ..... oder einen neuen Körper! (beide lachen)

Günther: Schaden kann's nicht. Vor allem, es gibt einem ein gutes Gefühl, zu wissen, dass der Körper so clever ist und sich selbst reinigt und repariert, wenn wir ihn nur lassen. Ich bin zwar mit dem Buch noch nicht ganz fertig, aber ich weiß jetzt schon, dass es mehrere Vorteile gibt. Herta hat schon zwei Kilo abgenommen, allein in der letzten Woche und fühlt sich, richtig gut. Kannst dir vorstellen. Wenn ich fertig bin, bring ich dir das Buch vorbei und in der Zwischenzeit hoff ich, dass dein Rasenmäher wieder funktioniert. Wie siehts aus, gehen wir jetzt auf ein kleines Helles, nebenan?

Horst: Gute Idee, hab jetzt so oder so keinen Nerv mehr zum weitermachen. Na, dann los, gehen wir.

Ein Garagengespräch über Autophagie

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